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制造说明书
1.2前言
毕业设计是大学三年所学知识的综合运用。
对于零件的工艺安排，夹具设计是机械系学生应该掌握的最基本的知识。
这些内容对于机械加工起着至关重要的作用。
零件加工质量的好坏，成本的高低，都是这些内容的直接反映。
这次的设计主要内容是加工壳体零件，它的整个加工过程中涉及到毛坯的制造方法及选择，加工余量的计算，工艺路线的拟定，夹具定位和夹紧装置的设计，机械加工刀具和辅具的选择，加工时间的计算以及通用夹具设计等内容。
通过这次设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，同时发现自己在所学知识方向上的欠缺和不足，为今后工作打下一个良好而基础。
机械加工工艺规程必须保证零件的加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求，同时还应该具有较高的生产率和经济性。
因此，机械加工工艺规程设计是一项重要的工作，要求设计者必须具有丰富的生产实践经验和广博的机械制造工艺基础理论知识。
第一章半自动营脚冲压机连杆加工工艺
2.1连杆的结构特点
连杆是冲压机机的主要传动件之一，本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计。
连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，而连杆的刚性比较差，容易产生变形，因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。
逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。
连杆是将活塞的往复运动转变成曲轴旋转运动的中间构件。
连杆是冲压机的重要运动部件之一，它连接活塞与曲轴，把作用于活塞顶面的膨胀气体压力传给曲轴，使活塞的往复直线运动变成曲轴的回转运动，以输出功率。
工作时连杆承受大小、方向为周期性变化的动载荷。
在做工冲程，燃气压力在连杆轴线上的分力为压缩应力；在进气冲程上止点，活塞组和连杆本身的惯性力在横断面内造成拉伸应力；摆动时的横向惯性力造成横向弯曲应力。
综上所述，可以概括为：
汽缸内的燃气压力（连杆受压缩）
活塞连杆组的往复运动惯性力（连杆受拉伸）
连杆高速摆动时产生的横向惯性力。
连杆所售的交变力值在很宽的范围内急剧变化，弯曲应力引起弯曲变形。
常见疲劳破坏如下:
连杆小头与杆身圆弧过度处产生裂纹。
因此，要求连杆的重量轻且有足够的强度、足够的疲劳强度和冲击韧性。
小头、大头与杆身采用较大圆弧过度。
连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。
因此，连杆的加工精度将直接影响冲压机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。
反映连杆精度的参数主要有5个：
（1）连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度；
（2）连杆大、小头孔中心距尺寸精度；（3）连杆大、小头孔平行度；（4）连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度；（5）连杆各端面及孔的粗糙度要求。
2.2连杆的主要技术要求
连杆上需进行机械加工的主要表面为：
大、小头孔及其两端面，小头孔两内端面，与连杆的油孔的加工等。
连杆总成的主要技术要求（图1）如下。
图
（1）
2.2.1大、小头孔的尺寸精度、形状精度
为了使大头孔,小头孔与与冲压机零件能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热。
大头孔公差等级为IT7，表面粗糙度Ra应不大于1.6μm；小头孔公差等级为IT7，表面粗糙度Ra应不大于1.6μm。
2.2.2大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度
两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，从而造成汽缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度公差较小，两孔轴心线在连杆的轴线方向的平行度在100mm长度上公差为0.02mm。
2.2.3大、小头孔中心距
大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，即影响到发动机的效率，所以规定了比较高的要求：
174±0.25mm。
2.2.4大、小头孔两端面的技术要求
连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同，但从技术要求是不同的，大头两端面的尺寸公差等级为IT8，小头两端面的尺寸无公差要求，大小孔上端面的表面粗糙度Ra不大于3.2μm，下端面的表面粗糙度Ra不大于1.6μm,。
这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。
连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面间距离尺寸的公差带中，这给连杆的加工带来许多方便。
2.3 连杆的材料和毛坯
1、毛坯种类的确定。
常用毛坯种类有：
铸件、锻件、焊件、冲压件。
各种型材和工程塑料件等。
在确定毛坯时，一般要综合考虑以下几个因素：
（1）依据零件的材料及机械性能要求确定毛坯。
例如，零件材料为铸铁，须用铸造毛坯；强度要求高而形状不太复杂的钢制品零件一般采用锻件。
（2）依据零件的结构形状和外形尺寸确定毛坯，例如结构比较的零件采用铸件比锻件合理；结构简单的零件宜选用型材，锻件；大型轴类零件一般都采用锻件。
（3）依据生产类型确定毛坯。
大批大量生产中，应选用制造精度与生产率都比较高的毛坯制造方法。
例如模锻、压力铸造等。
单件小批生产则采用设备简单甚至用手工的毛坯制造方法，例如手工木模砂型铸造。
（4）确定毛坯时既要考虑毛坯车间现有生产能力又要充分注意采用新工艺、新技术、新材料的可能性。
连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度。
因此，连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢；如45钢、55钢、40Cr、40CrMnB等。
近年来也有采用球墨铸铁的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料损耗少，成本低。
随着粉末冶金锻造工艺的出现和应用，使粉末冶金件的密度和强度大为提高。
因此，采用粉末冶金的办法制造连杆是一个很有发展前途的制造方法。
连杆毛坯制造方法的选择，主要根据生产类型、材料的工艺性（可塑性，可锻性）及零件对材料的组织性能要求，零件的形状及其外形尺寸，毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。
根据生产纲领为大量生产，连杆多用模锻制造毛坯。
由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点，故用得越来越多，成为连杆毛坯的一种主要形式。
总之，毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低，性能提高。
综上所述，连杆毛坯为灰材料为HT200，采用锻造之后经调质处理，使之得到细致均匀的回火索氏体组织，以改善性能，减少毛坯内应力。
为了提高毛坯精度，连杆的毛坯尚需进行热校正。
2.4 连杆的机械加工工艺过程
由上述技术条件的分析可知，连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，但是连杆的刚性比较差，容易产生变形，这就给连杆的机械加工带来了很多困难，必须充分的重视。
连杆机械加工工艺过程如下表（1—1）所示：
表（1—1）
工序号
安装号
工作内容
机床设备名称及编号
10
锻造
20
时效
30
检验
40
铣
以B面三点定位，压紧E面，铣C面，粗铣至71mm，精铣至70mm，同时保证粗糙度3.2
X5032A
50
铣
以C面三点定位，夹紧F面，铣B面，粗铣至74mm，精铣至73mm，同时保证粗糙度3.2
X5032A
60
磨
以B面三点定位，电磁吸紧，磨C面，保证尺寸-70-0.1-0.3mm同时保证粗糙度1.6
M7130
70
车
以C面三点、固定V型块二点、活动V型块一点，六点定位，夹紧B面，车φ42+0.020mm的内孔和φ16+0.0190mm的内孔.
C630
1
车内孔φ42+0.020mm，预制孔为φ48mm，粗车至φ44mm，半精车至φ41mm，精车至尺寸，并保证粗糙度3.2
2
车内孔φ16+0.0190mm，预制孔为φ24mm，粗车至φ20mm，半精车至φ17mm，精车至尺寸，并保证粗糙度3.2
80
铣
以C面三点，φ42mm和φ16mm孔定位，开口垫圈压紧B面
X62W
1
铣E面，粗铣至21mm，精铣到19±0.1mm，同时保证粗糙度3.2
2
铣D面，粗铣至31mm，精铣保证与E面尺寸32+0.170mm，
同时保证粗糙度3.2
90
钻
ZA5025
1
钻φ3mm的孔至φ2.9mm
2
锪孔，倒角保证尺寸0.5×60°
100
清洗、去毛刺、倒角
110
检验、入库
连杆的主要加工表面为大、小头孔的两端面，次要加工面为小头孔两内端面，主要加工的孔为大头孔和小头孔，次要加工孔为油孔等。
连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。
连杆的加工路线可分为面的加工和孔的加工。
连杆的大小头端面及大小头孔的技术要求都很严格，所以对于这些端面安排了：
粗铣—半精铣—精铣。
对于要求粗糙度为1.6的C端面，在进行铣削加工之后，进行磨削加工。
对于大小头孔的加工安排了：
粗车—半精车—精车。
而油孔的加工直接采用钻孔加工。
以达到粗糙度要求。
对于连杆进行加工时，都是以大小头两端面作为粗基准和精基准，所以先粗精加工大小头端面，然后再加工其他各主要表面和孔的加工。
2.5连杆的机械加工工艺过程分析
2.5.1工艺过程的安排
在连杆加工中有两个主要因素影响加工精度：
（1）连杆本身的刚度比较低，在外力（切削力、夹紧力）的作用下容易变形。
（2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时将产生较大的残余内应力，并引起内应力重新分布。
因此，为了减少加工余量，切削力及内应力的作用，逐步修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术条件。
各主要表面的工序安排如下：
（1）下端面：
粗铣、精铣。
（2）上端面：
粗铣、精铣。
（3）下端面：
磨削加工。
（4）大头孔、小头孔：
粗车，半精车、精车。
（2）小头孔两内端面：
粗铣、精铣。
一些次要表面和孔的加工，则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面。
2.5.2定位基准的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。
否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
因此，工件在加工过
在选用粗基程中的定位、测量等问题需要被重点考虑。
（1）粗基准的选择准时要考虑如何保证各个加工面有足够的余量，如何保证各个表面间的相互位置精度。
因此选择粗基准时，应遵循以下几个原则：
对于不需要全部加工表面的零件，应使用始终不加工的表面作为粗基准，以保证不加工表面与加工表面之间的相互位置要求。
选择毛坯余量最小的表面作为粗基准
选择零件上重要基准面作为粗基准
选择零件上加工面积大，形状复杂的表面作为粗基准，以使定位准确、加紧可靠，夹具结构简单、操作方便。
粗基准在同一尺寸方向上通常只能使用一次，不应重复使用，以免产生不必要的定位误差。
（2）精基准的选择
精基准的选择应使工件的定位误差较小，能保证工件的加工精度，同时还应使加工过程操作方便，夹具结构简单。
选择时应遵循以下原则：
基准重合尽量选择被加工表面的设计基准或工序基准作为定位基准，避免基准不重合而产生的定位误差。
一次安装的原则一次安装又称为基准统一原则。
基准统一或者一次安装和有关工序所使用的夹具结构大体上统一，降低了工序设计和制造成本。
同时多数表面采用同一基准进行加工，避免因基准转换带来的误差。
互为基准原则当某些表面相互位置精度要求较高时，这些表面又可以互为基准反复加工，不断提高定位基准的精度，保证这些表面之间的位置精度。
自为基准原则对于精度要求很高的表面，如果加工时要求其余量很小而均匀时，可以以加工表面本身作为定位基准，以保证加工质量和提高生产效率。
根据以上原则，结合连杆的具体的结构，由于端面的面积大，定位比较稳定，用小头孔定位可直接控制大、小头孔的中心距。
在连杆机械加工工艺过程中，大部分工序选用连杆的大、小头孔的端面作为主要定位基面，所以把大小头孔的下端面最为基准面，这样就使各工序中的定位基准统一起来，减少了定位误差。
2.5.3确定合理的夹紧方法
既然连杆是一个刚性比较差的工件，就应该十分注意夹紧力的大小，作用力的方向及着力点的选择，避免因受夹紧力的作用而产生变形，以影响加工精度。
在加工连杆的夹具中，可以看出设计人员注意了夹紧力的作用方向和着力点的选择。
在粗铣两端面的夹具中，采用的是勾型压板压在连杆的胫上，此面为非加工面，不会影响端面的平面度。
在加工大小头孔工序中，主要夹紧力垂直作用于大头端面和小头端面上，在夹紧力的作用方向上，大头端部与小头端部的刚性高，小头孔端有辅助支撑，避免了可能产生的变形。
2.5.4连杆大、小头两端面的加工
以毛坯端面定位，用勾型压板压紧，铣一个端面后，翻身以铣好的一面定位，铣另一个毛坯面。
最后在磨床上对第一个加工面进行磨削加工。
采用粗铣、精铣、磨削三道工序，并将磨削工序安排在精加工大、小头孔之前，以便改善基面的平面度，提高孔的加工精度。
粗磨在转盘磨床上，使用砂瓦拼成的砂轮端面磨削。
这种方法的生产率较高。
精磨在M7130型平面磨床上用砂轮的周边磨削，这种办法的生产率低一些，但精度较高。
2.5.5连杆小头两内端面的加工
连杆小头两内端面的加工，定位方式与端面的加工相同。
用卧式铣床先铣一个端面，翻身再铣另外一面。
先粗铣，再精铣就可达到粗糙度要求。
2.5.6连杆大、小头孔的加工
连杆大、小头孔的加工是连杆机械加工的重要工序，它的加工精度对连杆质量有较大的影响。
大小头孔端面是定位基面，在用作定位基面之前，它经过了粗铣、精铣、磨削三道工序。
车孔时以端面和大小孔外端面六点定位，采用回转式夹具，利用回转盘对两孔加工，一次装夹。
这样可以保证孔与端面的垂直度，同时保证了大小孔轴线的尺寸要求和平行度要求。
孔的加工经过了粗车、半精车、精车以保证孔的形状精度。
2.5.7连杆油孔的加工
连杆的油孔经过钻工。
加工时以端面和大头孔、小头孔，一面双销定位。
用φ2.9的麻花钻加工即可。
2.6连杆加工工艺设计应考虑的问题
2.6.1 工序安排
连杆加工工序安排应注意两个影响精度的因素：
（1）连杆的刚度比较低，在外力作用下容易变形；
（2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时会产生较大的残余内应力。
因此在连杆加工工艺中，各主要表面的粗精加工工序一定要分开。
2.6.2 定位基准
在连杆机械加工工艺过程中，大部分工序选用连杆的一个指定的端面和大头孔的外表面作为主要基面，并用小头处指定一侧的外表面作为另一基面。
这是由于：
端面的面积大，定位比较稳定，用大头孔外表面定位可直接控制大、小头孔的中心距。
这样就使各工序中的定位基准统一起来，减少了定位误差。
在第一道工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧的条件都较差，而加工余量和切削力都较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加工精度会有很大影响。
因此，第一道工序的定位和夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响。
在达到粗糙度要求的同时，消除由于毛坯面不平整，连杆的刚性差，定位夹紧时工件可能变形，粗铣后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢复变形造成的定位精度误差。
同时，由于是以对称面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比较小。
在连杆加工工艺路线中，是以毛坯端面作为粗基准定位，用勾型压板压紧，铣一个端面后，翻身以铣好的面定位，铣另一个毛坯面。
在翻身对第一个加工面进行磨削加工作为精基准。
2.7切削用量的选择原则
正确地选择切削用量，对提高切削效率，保证必要的刀具耐用度和经济性，保证加工质量，具有重要的作用。
2.7.1粗加工时切削用量的选择原则
粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高,毛坯余量较大。
因此，选择粗加工的切削用量时，要尽可能保证较高的单位时间金属切削量（金属切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生产效率和降低加工成本。
金属切除率可以用下式计算：
Zw≈
式中：
Zw单位时间内的金属切除量（mm3/s）
V切削速度（m/s）
f进给量（mm/r）
ap切削深度（mm）
提高切削速度、增大进给量和切削深度，都能提高金属切除率。
但是，在这三个因素中，影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是切削深度。
所以粗加工切削用量的选择原则是：
首先考虑选择一个尽可能大的吃刀深度ap,其次选择一个较大的进给量度f，最后确定一个合适的切削速度V.
选用较大的ap和f以后，刀具耐用度t显然也会下降，但要比V对t的影响小得多，只要稍微降低一下V便可以使t回升到规定的合理数值，因此，能使V、f、ap的乘积较大，从而保证较高的金属切除率。
此外，增大ap可使走刀次数减少，增大f又有利于断屑。
因此，根据以上原则选择粗加工切削用量对提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是比较有利的。
1）切削深度的选择：
粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚性来确定。
在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，应当尽量将粗加工余量一次切除。
只有当总加工余量太大，一次切不完时，才考虑分几次走刀。
2）进给量的选择：
粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力。
因此，进给量应根据工艺系统的刚性和强度来确定。
选择进给量时应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。
在工艺系统的刚性和强度好的情况下，可选用大一些的进给量；在刚性和强度较差的情况下，应适当减小进给量。
3）切削速度的选择：
粗加工时，切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制。
切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削功率，在确定切削速度时必须考虑到机床的许用功率。
如超过了机床的许用功率，则应适当降低切削速度。
2.7.2精加工时切削用量的选择原则
精加工时加工精度和表面质量要求较高，加工余量要小且均匀。
因此，选择精加工的切削用量时应先考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产效率。
1）切削深度的选择：
精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定。
通常希望精加工余量不要留得太大，否则，当吃刀深度较大时，切削力增加较显著，影响加工质量。
2）进给量的选择：
精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。
进给量增大时，虽有利于断屑，但残留面积高度增大，切削力上升，表面质量下降。
3）切削速度的选择：
切削速度提高时，切削变形减小，切削力有所下降，而且不会产生积屑瘤和鳞刺。
一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，尽可能提高切削速度。
只有当切削速度受到工艺条件限制而不能提高时，才选用低速，以避开积屑瘤产生的范围。
由此可见，精加工时选用较小的吃刀深度ap和进给量f，并在保证合理刀具耐用度的前提下，选取尽可能高的切削速度V，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。
2.8确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差
2.8.1确定加工余量
用查表法确定机械加工余量：
（根据《机械加工工艺手册》第一卷表3.2—25表3.2—26表3.2—27）
（1）、平面加工的工序余量（mm）
1）、B面加工余量：
单面加工方法
单面余量
经济精度
工序尺寸
表面粗糙度
毛坯
76
12.5
粗铣
2
IT12
74
12.5
精铣
1
IT10
73
3.2
2）、C面加工余量：
单面加工方法
单面余量
经济精度
工序尺寸
表面粗糙度
毛坯
73
12.5
粗铣
2
IT12
71
12.5
精铣
0.6
IT10
70.4
3.2
粗磨
0.4
IT8
70-0.1-0.3
1.6
（2）、连杆两端面总的加工余量为：
A总=A粗铣+A精铣+A粗磨
=2+1+2+0.6+0.4
=6mm
（3）、连杆铸造出来的总的厚度为H=70+6=76mm
2.8.2确定工序尺寸及公差
1）、大头孔各工序尺寸（铸造出来的大头孔为
35mm）
（根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2—29表2—34）
工序名称
工序基
本余量
工序经济
精度
工序尺寸
表面粗糙度
预孔
35
12.5
粗车
4
H12
39
12.5
半精车
2
H10
41
6.3
精车
1
H8
42+0.020
1.6
2）、小头孔各工序尺寸（铸造出来的大头孔为
9mm）
（根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2—29表2—30）
工序名称
工序基
本余量
工序经济
精度
工序尺寸
表面粗糙度
预孔
9
12.5
粗车
4
H12
13
12.5
半精车
2
H10
15
6.3
精车
1
H8
16+0.0190
1.6
2.9计算工艺尺寸链
2.9.1连杆小端尺寸计算
增环为：
A1；减环为：
A2、A3；封闭环为：
1）、
的上、下偏差为:
=0-（-0.1）-0
=0.1（mm）
=0-0.1-0.17
=-0.27（mm）
2）、
的公差为:
=0.1-（-0.27）
=0.37mm
3）、
的基本尺寸为:
=A1-A2-A3
=70-19-32
=19
5）、
的最终工序尺寸为:
=19+0.1-0.27mm
2.10工时定额的计算
2.10.1铣连杆大小头端面
选用X5032A机床
（1）粗铣：
根据《机械制造工艺设计手册》表2.4—81选取数据
铣刀直径D=100mm切削速度V=2.47m/s
切削宽度ae=70mm铣刀齿数Z=6
切削深度ap=2mm
则主轴转速n=1000v/
D=475r/min
根据表3.1—31按机床选取n=500/min
则实际切削速度V=
Dn/（1000×60）=2.67m/s
按表2.5—10
L=74mml1=
+1.5=2mml2=3mm
基本时间tj=L/fmz=（74+2+3）/（500×0.18×6）=0.15min
按表2.5—46辅助时间ta=0.4×0.45=0.18min
（2）精铣：
根据《机械制造工艺设计手册》表2.4—81选取数据
铣刀直径D=100mm切削速度V=2.06m/s
切削宽度ae=60mm铣刀齿数Z=6
切削深度ap=1mm
则主轴转速n=1000v/
D=394r/min
根据表3.1—31按机床选取n=400/min
则实际切削速度V=
Dn/（1000×60）=2.14m/s
铣削工时为：
按表2.5—10
L=74mmL1=
+1.5=2mmL2=3mm
基本时间tj=L/fmz=（74+2+3）/（400×0.18×6）=0.18min
按表2.5—46辅助时间ta=0.4×0.45=0.18min
2.10.2粗磨大小头端面面
选用M7130磨床
根据《机械制造工艺设计手册》表2.4—170选取数据
砂轮直径D=80mm磨削速度V=0.33m/s
切削深度ap=0.3mmfr0=0.033mm/rZ=8
则主轴转速n=1000v/
D=79.4r/min
根据表3.1—48按机床选取n=
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